Получение лиофобных дисперсных систем с радиусом частиц менее 1 мкм представляет определенные трудности, так как значительное увеличение удельной поверхности сопровождается значительным приростом удельной свободной поверхностной энергии. Применение методов диспергирования, в том числе и с использованием модификаторов, а также различных механизмов (шаровые, струйные, бисерные мельницы, дезинтеграторы, коллоидные мельницы) и др. позволяет получать частицы с размерами не менее 0,1 мкм. Поэтому дисперсные системы с меньшим размером частиц получают часто конденсационным методом.
Однако и в этом случае получение наноразмерных частиц сопряжено с определенными трудностями, так как такие частицы, имея огромную удельную поверхность, обладают большим избытком нескомпенсированной поверхностной энергии. Дисперсные системы с такими частицами метастабильны. Происходит самопроизвольное снижение поверхностной энергии путем укрупнения частиц и, следовательно, уменьшения удельной поверхности и избыточной поверхностной энергии. Это определяет неустойчивость нанодисперсий.
Второй путь снижения поверхностной энергии и повышения устойчивости нанодисперсий заключается в модификации поверхности частиц и снижении тенденции системы к росту зародышей, агрегации, образованию структур. Агрегативная устойчивость обеспечивается образованием на поверхности частиц адсорбционных, сольватных, двойных электрических слоев и других факторов устойчивости.
В полярных средах большую роль играет электростатический фактор агрегативной устойчивости, связанный с образованием двойного электрического слоя (ДЭС) и возникновением сил электростатического отталкивания частиц при сближении на расстояния перекрытия ДЭС. Согласно теории ДЛФО взаимодействие между частицами определяется суммарным значением энергии электростатического отталкивания и энергии молекулярного притяжения.
1). Приведите и объясните уравнения расчета энергии молекулярного притяжения и электростатического отталкивания для слабо заряженных поверхностей и расстояний менее 50 нм, а также общий вид потенциальной кривой взаимодействия двух частиц U = f(h) с радиусом r(1балл).
2). Рассчитайте и постройте потенциальную кривую взаимодействия сферических частиц диаметром 100 нм в водном растворе NaCl при температуре 298 К, если потенциал диффузного слоя φδ = 25 мВ, значение χ = 1/λ = 108 м-1, константа Гамакера А* = 0,5 ∙ 10-19. Расчет выполнить для расстояний между частицами h = 2, 5, 10, 20, 40 нм (3 балла).
3). Дайте обоснованный ответ, как меняется вид потенциальной кривой и агрегативная устойчивость системы при изменении размеров частиц и неизменном значении других параметров (1 балл).
Условия задачи можно скачать в виде файла.
